陸化した深海底堆積物の詳細な分布を示した地質図が完成~房総半島東部5万分の1地質図幅[上総大原]

2019-09-24　産業技術総合研究所

ポイント

• 上総大原（かずさおおはら）地域の大部分を占める深海底堆積物の詳細な分布や地質構造を解明
• 災害をもたらす大規模な海底地すべりなど、深海底での現象の痕跡を陸上で直接観察可能な地域
• 南関東ガス田における天然ガスやヨウ素の資源開発促進への基礎資料に

概要

国立研究開発法人 産業技術総合研究所【理事長 中鉢 良治】（以下「産総研」という）地質調査総合センターは、地質情報研究部門【研究部門長 田中 裕一郎】 層序構造地質研究グループ 宇都宮 正志 主任研究員と大井 信三 客員研究員による地質調査をもとに、千葉県房総半島の東部に位置する上総大原地域の地層の分布や地質構造を示した5万分の1地質図幅を刊行した。

この地域では、約220万～80万年前の深海底堆積物が陸化して露出している。深海底堆積物が陸上に露出した地層としては世界でもっとも新しい部類に入る。今回の地質調査の成果の一つとして、近年、沿岸設備の破壊や津波の原因となるなど災害をもたらす自然現象として注目されている大規模な海底地すべりの痕跡が上総大原地域の北東-南西15 km以上にわたって連続していることがわかった。本地域はこのような深海底で起きた諸現象の痕跡が硬い岩石になる前に直接観察できる貴重な場所であり、本地質図幅は現在の深海底の諸現象を理解するために活用できる。また、この地域は国内最大の水溶性天然ガス田（南関東ガス田）の一角を占めており、天然ガスとともに産出するヨウ素は世界シェアの4分の1を占める極めて重要な地場産業となっている。天然ガスやヨウ素の賦存が有望視される地層の分布や地質構造を詳細に示した地質図を刊行したことで、資源開発の促進にも活用できると期待される。

この地質図幅は産総研が提携する委託販売先（https://www.gsj.jp/Map/JP/purchase-guide.html）より9月25日から販売を開始する。

5万分の1地質図幅「上総大原」（左）と上総大原地域の地層の形成過程（右）

研究の社会的背景

首都圏の地下には上総層群と呼ばれる地層が分布し、その厚さは3000 mに達する。この上総層群は、海洋プレートが関東地域の地下に沈み込むことで形成された「前弧海盆」と呼ばれる地形的凹地に堆積した地層である（概要図）。南関東では地殻変動が活発なため、この深海底で堆積した地層が急速に隆起・上昇し、現在の三浦半島や房総半島の中軸部を形作っている。

上総大原地域の地層には、日本各地の火山からもたらされたテフラ層（火山灰など破片状の噴出物のこと）や、各種の微化石など、年代指標が数多く含まれているため、北西太平洋における環境変遷を詳細に記録した地層として、多くの研究がなされてきた。これまでの研究から、この地域に露出する上総層群下部～中部は、第四紀更新世のうち約220万年前から80万年前に、大陸棚の縁辺からそれより深い深海底で堆積したことが知られている。第四紀更新世という地質学的に新しい時代の前弧海盆の深海底堆積物が陸上に露出しているのは世界的にも珍しい。

また、上総層群は国内最大の水溶性天然ガス田である南関東ガス田の天然ガス胚胎層であり、千葉県東部はその最も重要な地域の一角を占めている。加えて、天然ガスの開発に伴って産出するヨウ素は世界シェアの4分の1を占める極めて重要な地場産業となっている。従来、天然ガスやヨウ素は主に上総層群中部で開発されてきた。上総層群下部では、水溶性天然ガスの賦存が有望視されつつも、地層水の貯留層となる砂岩層の発達状況や断層などの地質構造の詳細が不明であったため、さらなる開発が進んでいなかった。そのため、上総大原地域の詳しい地質の解明が期待されてきたが、この地域は断層が多いため地層の連続性が悪く、地表での露出状況も悪いために、これまで詳細な地質図は刊行されていなかった。

研究の経緯

産総研 地質調査総合センターは国の施策に基づき、全国の地質を調査・研究し、地質図の整備を進めてきた。地質図には、地層の種類や活断層の位置、石油・天然ガス・温泉といった地下資源の分布が示され、資源開発や防災、土木・建設、地球環境対策など幅広い分野で基礎資料として活用されている。また、自然景観は地層や岩石、断層など地質を反映していることが多く、地質図は観光業にも利用されている。5万分の1地質図幅は、国土地理院による地形図区分を基に日本列島を1274の地域に分割して、地域ごとに産総研が野外調査を行い、作製した地質図である。上総大原地域は、学術的にも資源開発においても地質図の整備が必要であったことから、2014年から5年間の現地調査を行い、成果をとりまとめてきた。

研究の内容

まず、既存の地質図を参照しながら、これまで地層の分布の調査が十分でなかった上総層群下部の地質調査を行った。上総層群の露出が良い海岸部（図1）や河川沿い（夷隅川（いすみがわ）流域など）を中心に地層の重なりや厚さを調査した。特に、300層に及ぶテフラ層を丹念に観察・分析して、離れた地点間で同時代の地層を認定した。また、夷隅川）とその支流が形成した河成段丘や沖積層の分布などを明らかにした。

図1 御宿町の海岸に露出する上総層群の地層（約200万年前）

海岸の地層は波の浸食によって削られ、海蝕崖を形成している。崖に見えるしま模様は混濁流によって堆積した砂岩層（黒みがかった層）と半遠洋性の泥岩層（白みがかった層）の繰り返しからなる。

この結果、地層の厚さと重なり方の詳細が明らかになり（図2）、地層の境界とテフラ層の分布を示した5万分の1地質図を作成することができた。資源開発の観点からは、上総大原地域での上総層群下部の地層の特徴と断層の地表での分布を詳細に示しているため、地下で天然ガスやヨウ素を含む地層水の貯留層となる砂岩層の発達状況や地層水を通さないバリアとしての断層の分布を推定できる資料となる。

また、約200万年前、約130万年前、約120万年前に巨大な海底地すべりによって形成された地層が、北東-南西15 km以上にわたって連続することもわかった。現地では地層が変形、分断され上下逆転した様子から、海底が崩壊し、斜面をすべり下って堆積したことが読み取れる。海底地すべりは陸上の地すべりに比べ規模が大きいことが知られ、沿岸設備の破壊や津波の原因となるなど災害をもたらす自然現象として注目されている。その発生の背景には、地震などの直接的な引き金のほかに、土砂の急速な堆積によって地層中の水圧が高まることや、地殻変動で海底面が傾くことなど、100年～数万年に及ぶ長期的な要因がある。地質図に描かれた海底地すべり堆積物とその周囲の地層の情報は、海底地すべりの進行過程やその長期的な発生要因を理解する上で役立つ資料となる。

また、数万年前以降という比較的新しい時代に陸上で発生した地すべりも、地形から読み取ることができる。上総層群の中でも泥岩からなる地層が分布する山地や丘陵部で多くの地すべり地形が確認された。この情報は、国や地方自治体による防災・減災計画や都市計画などに資する。

地質図幅の説明書には、昭和初期に本地域の地質図が作成されて以来、80年に及ぶ研究史を踏まえ、公表された成果をはじめ最新の知見が盛り込まれている。上総大原地域は首都圏からのアクセスが容易で、休日には他の都県から日帰りで多くの人々が訪れる。御宿町やいすみ市太東などの海岸沿いは太平洋の荒波に洗われた海蝕崖が形成され、温暖な気候を反映した海浜植物群落が発達するため、風光明媚な観光地も多い。また、このような海蝕崖では地層の露出状況も良く、地学の指導教材としても利用されうる。こうした上総大原地域の自然景観や、地学教材としての利点を生かし、観光産業や地学教育の基礎資料として地質図幅の活用が見込まれる。

図2 上総大原地域の地層の重なる順序と年代の模式図

今後の予定

現在、上総大原地域の西隣の大多喜地域の地質を調査中で、1981年に刊行された鴨川地域、1984年の姉崎地域、2005年の富津地域、2016年の茂原地域と合わせて、前弧海盆堆積物が露出する房総半島中軸部の地質図幅が整備される見込みである。今後も継続して5万分の1地質図幅を刊行し、南関東地域の成り立ちの解明や資源開発などに資する基礎資料を提供していく。

用語の説明

◆地質図幅

地質図は、いつの時代の、どのような種類の岩石・地層が、どこに、どのように分布しているかを塗色し地形図上に示した地図である。地質図は、地層の種類や活断層の位置、石油・天然ガス・温泉といった地下資源の賦存可能性や大地の成り立ちがわかることから、土木・建築・防災・観光・資源探査などに広く利活用されている。また、緯度・経度で囲まれた範囲を図幅と呼び、地質調査総合センターでは20万分の1と5万分の1の地質図幅を作成している。前者は日本全国で124区画、後者は1274区画ある。

◆海底地すべり

海底斜面上の堆積物が、地震などを引き金として急激に滑り落ちる現象。空港など沿岸域の設備、海底ケーブル、海底パイプラインを破壊するなどの直接的な被害を与えるほか、津波を引き起こすことが知られている。海底斜面を不安定化させる要因としては海底下の地下水圧上昇や天然ガスの胚胎層の存在などがある。崩壊する海底斜面は水深10 mから数千 mの深海で発生することもある。陸上の地すべりに比して規模が数桁大きく、深海への物質供給プロセスとしても重要視されている。

◆水溶性天然ガス田

水溶性天然ガスは堆積物中の有機物が微生物の活動によって分解されてメタンガスを主成分とする可燃性のガスとなり、通常地下2000 mより浅い地層水に溶け込んでいるものを指す。水溶性天然ガス田は南関東ガス田のほかに北海道、秋田、新潟、静岡、宮崎、沖縄などで知られている。

◆南関東ガス田

生産量、埋蔵量ともに日本最大の規模を誇る水溶性天然ガス田で、千葉県東部が開発の中心地。上総層群中部の黄和田層、大田代層、梅ヶ瀬層が天然ガスの主な開発対象であるが、地域によってはそれより下位の上総層群下部の勝浦層、浪花（なみはな）層、大原層も開発対象とされている。

◆前弧海盆

海洋プレートが大陸や島弧の下に沈み込む際に陸側の斜面に形成される海底の盆地。その形成要因としては、海溝に堆積した土砂がプレートの沈み込みによって陸側に押し付けられた結果、陸からの土砂をせき止める高まりが形成されることなどがある。西南日本の太平洋沖では、熊野海盆や土佐海盆などが代表的な前弧海盆である。

◆テフラ層

爆発的な火山噴火によって地表へもたらされた火山灰など破片状の火山噴出物からなる地層。日本列島の新生代の地層には数多くのテフラ層が挟まり、離れた地域間で同時代の地層を認定する上で非常に有効な指標である。

◆微化石

ルーペでやっと見える程度かそれ以下のサイズの小さな化石で、通常光学顕微鏡や電子顕微鏡を用いて観察する。上総大原地域の地層には円石藻、花粉、珪藻（けいそう）、放散虫、有孔虫などが含まれている。進化や絶滅の研究が進められていることから、地層の年代や環境を知るために利用される。

◆第四紀更新世

第四紀のうち約260万年前から約1万年前までの地質時代。高緯度域に大陸氷床が形成されたことで氷期と間氷期の繰り返しが顕著になった時期である。